(57)【要約】【課題】本発明は、ガスタービンから圧縮機への伝熱を簡単な構成により低減できるガスタービン設備及びガスタービン発電設備を提供することにある。【解決手段】本発明は、ガスタービン２と圧縮機１と間に、例えば、圧縮機１の圧縮空気の一部をガスタービン２側に流通させる空気貫流路ＡＦを形成して伝熱低減手段を設けたのである。  このように、伝熱低減手段である空気貫流路ＡＦを形成する簡単な構成により、ガスタービン２から圧縮機１側に伝わってくる熱は、伝熱低減手段によって冷却あるいは遮断されて低減させることができるので、圧縮機１側には高温が伝達されず、圧縮機１の性能を低下させることはなくなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンと圧縮機とが近接配置されているガスタービン設備において、前記ガスタービンと圧縮機との間に、前記ガスタービンからの伝熱を低減する伝熱低減手段を設けたことを特徴とするガスタービン設備。
【請求項２】
前記伝熱低減手段は、回転部材と固定部材との間に設けられ前記圧縮機からの圧縮空気の一部を流通させる空気貫流路であることを特徴とする請求項１記載のガスタービン設備。
【請求項３】
前記空気貫流路は、前記ガスタービンのタービン翼外径側よりも内径側に形成されていることを特徴とする請求項２記載のガスタービン設備。
【請求項４】
前記伝熱低減手段は、前記ガスタービンと圧縮機と間に設けられた断熱層であることを特徴とする請求項１記載のガスタービン設備。
【請求項５】
前記断熱層は、熱絶縁材である請求項４記載のガスタービン設備。
【請求項６】
前記断熱層は、前記ガスタービンと圧縮機と間に設けられた空気室であることを特徴とする請求項４記載のガスタービン設備。
【請求項７】
前記伝熱低減手段は、前記ガスタービンと圧縮機間に設けた熱抵抗材よりなる構成部材であることを特徴とする請求項１記載のガスタービン設備。
【請求項８】
同軸上にガスタービンと圧縮機と発電機とを備え、前記ガスタービンと圧縮機とが近接配置されているガスタービン発電設備において、前記ガスタービンと圧縮機との間に、前記ガスタービンからの伝熱を低減する伝熱低減手段を設けたことを特徴とするガスタービン発電設備。
【請求項９】
同軸上にガスタービンと圧縮機と発電機とが配置され、前記ガスタービンと圧縮機とが近接配置されており、前記ガスタービンは、タービン翼の外周側に対向する位置にタービンノズルを備えているガスタービン発電設備において、前記ガスタービンと圧縮機との間に、前記ガスタービンからの伝熱を低減する伝熱低減手段を設け、かつ前記タービンノズルを前記タービン翼の外径より内側に延在した固定部材の延在部に固定したことを特徴とするガスタービン発電設備。
【請求項１０】
前記タービンノズルの一部は、前記タービン翼の外径よりも外側で固定部材に固定されていることを特徴とする請求項９記載のガスタービン発電設備。
【請求項１１】
前記伝熱低減手段は、前記タービンノズルを固定する固定部材と前記圧縮機の固定部材との間に設けたことを特徴とする請求項９又は１０記載のガスタービン発電設備。
【請求項１２】
同軸上にガスタービンと圧縮機と発電機とを備え、前記ガスタービンと圧縮機とが近接配置されているガスタービン設備において、前記ガスタービンと圧縮機との間に、前記圧縮機の圧縮機翼外径側から内径側に向かい、そこから前記ガスタービン側に向かい、そこからガスタービンのノズル側に向かう空気貫流路を設けたことを特徴とするガスタービン設備。
【請求項１３】
同軸上にガスタービンと圧縮機と発電機とを備え、前記ガスタービンと圧縮機とが近接配置されているガスタービン設備において、前記ガスタービンのノズルをガスタービンの内径側に延在する支持部材を介して固定部材に支持したことを特徴とするガスタービン設備。
【請求項１４】
前記支持部材と固定部材との間に断熱手段を設けたことを特徴とする請求項１３記載のガスタービン設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスタービン設備及びガスタービン発電設備に係り、特に、ガスタービンと圧縮機とが近接して設置されているガスタービン設備及びガスタービン発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスタービンと圧縮機とが近接して設置されているガスタービン設備においては、ガスタービンの熱で圧縮機が過熱されないように、例えば特許文献１に開示のように、ガスタービンの熱をヒートパイプを用いて圧縮機から離れた位置に放出している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３４２８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ヒートパイプを用いた従来の技術によれば、ガスタービンから伝導する熱は圧縮機から離れた位置に放出されるので、圧縮機には届かない。しかしながら、上記従来の技術は、多数のヒートパイプを圧縮機から離れた位置まで狭域な場所に設置しなければならないために、構造が複雑になり、組立作業に多大な労力を費やす問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、ガスタービンから圧縮機への伝熱を簡単な構成により低減できるガスタービン設備及びガスタービン発電設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するために、ガスタービンと圧縮機との間に、例えば、圧縮機の圧縮空気の一部をガスタービン側に流通させる空気流通路を形成して伝熱低減手段を構成したのである。
【０００７】
このように、伝熱低減手段である空気流通路を形成する簡単な構成により、ガスタービンから圧縮機側に伝わってくる熱を、伝熱低減手段によって冷却あるいは遮断されて低減させることができるので、圧縮機側には高温が伝達されず、圧縮機の性能を低下させることはなくなる。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように本発明によれば、ガスタービンから圧縮機への伝熱を簡単な構成により低減できるガスタービン設備及びガスタービン発電設備を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下本発明の第１の実施の形態を図１及び図２に示すガスタービン発電設備に基づいて説明する。
【００１０】
本実施の形態によるガスタービン発電設備は、大きくは同軸上に設けられた圧縮機１とガスタービン２と発電機３とを有している。図２に示すように、圧縮機１に供給された空気ａは、圧縮空気ｂとなって再生熱交換器４を通過して昇温され、昇温された空気ｃは燃焼器５内で図示しない燃料供給装置によって供給された燃料と混合されて燃焼する。燃焼器５からの燃焼ガスｄはガスタービン２に供給されてガスタービン２を駆動し、燃焼排ガスｅは前記再生熱交換器４にて前記圧縮空気ｂを昇温させてから排出される。ガスタービン２の駆動により発電機３に電力が発生し、この電力を整流器６及びインバータ７を介して図示しない負荷に供給するように構成している。
【００１１】
前記圧縮機１は、回転軸となるタイボルト８に固定された圧縮機翼９と、この圧縮機翼９の外周を覆い内径側に空気導入口１Ａを形成し外径側に空気吐出部１Ｂを形成する圧縮機ケーシング１０と、前記圧縮機翼９の前記空気導入口１Ａとは反対側を覆い圧縮機翼９の外周に対向する位置に整流翼１２を備えた圧縮機ディフユーザ１１とを有する遠心力圧縮機である。そして、前記圧縮機ディフユーザ１１の内径側は、前記タイボルト８の周面に微小間隙をもって対向し、ガスタービン２側に延在する首部１３を有している。
【００１２】
尚、前記圧縮機翼９は、例えばチタン合金やアルミニウム合金等を用いて精密鋳造や鍛造あるいは機械加工によって製造される。
【００１３】
前記ガスタービン２は、前記タイボルト８の端部に固定されたタービン翼１４と、このタービン翼１４を含む全体を覆うタービン外ケーシング１５と、このタービン外ケーシング１５内にて前記タービン翼１４の外径側に燃焼ガス導入部２Ａを形成し内径側に燃焼ガス排出部２Ｂを形成したタービン内ケーシング１６と、このタービン内ケーシング１６の前記タービン翼１４の外周に対向する位置にノズル翼１８を設けたタービンノズル１７と、このタービンノズル１７を支持する支持体１９とを有する半径流タービンである。
【００１４】
ところで、前記タービン翼１４は、高温の燃焼ガスに曝されるので、一般には、ニッケル基超合金を用いて精密鋳造や鍛造あるいは機械加工によって製造される。
【００１５】
前記支持体１９は、前記タイボルト８の周面に微小間隙をもって対向するように内径側に延在し、その延在端は前記圧縮機ディフユーザ１１の首部１３と向かい合っている。そして支持体１９の内径側への延在端と前記圧縮機ディフユーザ１１の首部１３とは、支持部材２０によって支持され、この支持部材２０はその外径側を前記圧縮機ケーシング１０とタービン外ケーシング１５とに連結されている。
【００１６】
このように、圧縮機ディフユーザ１１と支持体１９によって、圧縮機翼９の外径側から圧縮機翼９背面と圧縮機ディフユーザ１１との隙間−圧縮機ディフユーザ１１の首部１３とタイロッド８の周面との隙間−支持体１９とタイロッド８の周面との隙間−支持体１９とタービン翼１４背面との隙間−タービン翼１４の外径側に至る空気貫流路ＡＦが形成される。
【００１７】
前記支持部材２０を介して前記圧縮機ケーシング１０を連結したタービン外ケーシング１５は、支持台２１によって設置基盤上に支持されている。
【００１８】
前記発電機３は、前記タイボルト８と同心の回転子２２と、この回転子２２と周方向の隙間を介して対向する固定子２３とから構成されている。
【００１９】
前記回転子２２は、前記タイボルト８を中心部に貫通した回転子鉄心２４と、この回転子鉄心２４の外周部に周方向に複数配置された永久磁石２５と、これら永久磁石２５を回転子鉄心２４側に押付けるように緊縛する非磁性材、例えば非磁性金属リングや繊維強化プラスチックで形成された緊縛体２６とを備えている。
【００２０】
前記固定子２３は、前記回転子鉄心２４と同心の固定子鉄心２７と、この固定子鉄心２７に巻掛けられた固定子巻線２８とを有している。
【００２１】
そして前記回転子２２は、シャフトカラー２９Ａ，２９Ｂを両側に介して前記圧縮機翼９と共にタイボルト８上にナット３０を締め付けることによって固定されている。前記固定子２３は、円筒状の発電機ケーシング３１の内側に固定されており、この発電機ケーシング３１の両端部は夫々エンドブラケット３２Ａ，３２Ｂで塞がれている。これらエンドブラケット３２Ａ，３２Ｂの内径側と前記シャフトカラー２８Ａ，２９Ｂとの間には、夫々軸受３３Ａ，３３Ｂが介在されている。そして軸受３３Ａは、径方向荷重と軸方向両側の荷重を受ける軸受であり、軸受３３Ｂは、径方向荷重を受ける軸受である。
【００２２】
上記構成の発電機３は、前記圧縮機ケーシング１０から延在させたストラット３４をエンドブラケット３２Ａに連結して固定子２３が回転しないようにしている。
【００２３】
上記のように構成したガスタービン発電設備の運転時には、圧縮機１の空気導入口１Ａに供給された空気ａは、圧縮機翼９によって圧縮され、その圧縮空気ｂは空気吐出部１Ｂから再生熱交換器４に入り、そこを通過することにより昇温され、昇温された空気ｃは燃焼器５内で燃料と混合されて燃焼する。燃焼器５で生成された燃焼ガスｄはガスタービン２の燃焼ガス導入部２Ａから供給されてタービン翼１４を駆動し、同軸の発電機３の回転子２２を回転させる。回転子２２の回転により固定子巻線２８に電力が発生し、この電力を整流器６及びインバータ７を介して負荷に供給する。燃焼排ガスｅは燃焼ガス排出部２Ｂから排出されて前記再生熱交換器４に供給され、ここで前記圧縮空気ｂを昇温させてから排出される。
【００２４】
ところで、高温の燃焼ガスｄに曝されるタービン２は昇温し、その熱が支持体１９−圧縮機ディフユーザ１１を経由して圧縮機１側に伝達されようとする。しかし、タービン２と圧縮機１との間には、構成が簡単な空気貫流路ＡＦが形成されているので、圧縮機１で圧縮された空気の一部である漏洩空気ｆがその空気貫流路ＡＦを経由してタービン翼１４の外径側に放出される。その結果、支持体１９−圧縮機ディフユーザ１１を経由して圧縮機１側に伝達されようとする熱は冷却され、圧縮機１側への伝熱は低減される。したがって、空気貫流路ＡＦは伝熱低減手段として機能することになる。
【００２５】
また、タービン翼１４を支持する支持体１９がタイボルト８に接近するように内径側に延在され、そこで圧縮機ディフユーザ１１と連結されているので、タービン２側から圧縮機１側への熱伝導路を迂回させて長くすることができ、これによっても伝熱を低減することができる。このほか、タービン翼１４を支持する支持体１９に伝わった熱を支持部材２０に伝えて拡散できるので、さらなる伝熱低減効果を得ることができる。
【００２６】
さらに、タービンノズル１７を支持する支持体１９が圧縮機１からの漏洩空気ｆによって冷却されるので、支持体１９の温度を設計寿命を満足するように低く設計することができ、その信頼性と寿命を向上することができる。
【００２７】
尚、前記空気貫流路ＡＦを通過する漏洩空気ｆの量を変えて冷却効果やノズル翼１８近傍の温度を変化させたい場合には、前記圧縮機ディフユーザ１１の首部１３あるいは支持体１９あるいは支持部材２０に例えばラビリンスシール等の周知の絞り３５を形成することで容易に変化させることができる。
【００２８】
次に本発明によるガスタービン発電設備の第２に実施の形態を図３に基づいて説明する。尚、図３において、図１及び図２と同符号は同一物を示すので再度の詳細な説明は省略する。
【００２９】
本実施の形態においては、タービン外ケーシング１５の圧縮機１側端を内径側に延在させてケーシング延在部３６を形成し、これに圧縮機ディフユーザ１１と、タービンノズル１７を支持する支持体１９とを内径側で連結したのである。
【００３０】
具体的に説明すると、タービン外ケーシング１５のケーシング延在部３６をタービン翼１４の外周部よりも内径側に延在させ、この内径側に圧縮機ディフユーザ１１の内径側端部を連結させると共に、支持体１９の内径側端部を連結させたのである。そして、このケーシング延在部３６に対して圧縮機ケーシング１０と圧縮機ディフユーザ１１とを近接させ、その間に熱絶縁層３７を設けている。この熱絶縁層３７は、熱絶縁材料を介在させてもよく、空気層を形成してもよい。さらに、タービンノズル１７と支持体１９との間には、例えばセラミックスや雲母等の低熱伝導材３８を介在させている。
【００３１】
また、再生熱交換器４を通過して昇温された空気ｃを流通させるフロースリーブ３９を、タービン外ケーシング１５の内面全域に近接して設けている。
【００３２】
上記本実施の形態によれば、第１の実施に形態と同じように、圧縮機翼９の外周部から圧縮機翼９背面と圧縮機ディフユーザ１１との隙間−圧縮機ディフユーザ１１の首部１３とタイロッド８の周面との隙間−支持体１９の内径側の隙間−支持体１９とタービン翼１４背面との隙間−タービン翼１４の外周部に至る空気貫流路ＡＦが形成されるので、漏洩空気ｆによる冷却効果によって圧縮機１側への熱伝導が抑制される。尚、空気貫流路ＡＦの漏洩空気ｆの流通量は、ケーシング延在部３６にラビリンスシール３９等を設けて行うことは第１の実施の形態と同じである。
【００３３】
また、タービンノズル１７を支持する支持体１９が内径側に延在され、そこで圧縮機ディフユーザ１１を連結したケーシング延在部３６に連結されるので、第１の実施の形態と同じように、タービン２側から圧縮機１側への熱伝導路を迂回させて長くすることができ、これによっても伝熱を低減することができる。
【００３４】
さらに、タービン外ケーシング１５から圧縮機ケーシング１０へ伝わる熱は熱絶縁層３７によって抑制され、かつタービンノズル１７から支持体１９を介して伝わる熱は低熱伝導材３８によって抑制されるので、圧縮機１がガスタービン２によって受ける熱影響を少なくすることができる。
【００３５】
このほか、燃焼ガスｄよりも低温の空気ｃをフロースリーブ３９内に流通させているので、タービン外ケーシング１５の昇温を防ぐことができ、これによってタービン外ケーシング１５と圧縮機ケーシング１０との温度勾配を緩やかにでき、タービン外ケーシング１５を介して圧縮機１側に伝わる熱を少なくすることができる。
【００３６】
図４は、本発明によるガスタービン発電設備の第３の実施の形態を示すもので、図１〜図３と同符号は同一物を示すので再度の詳細な説明は省略する。
【００３７】
本実施の形態においては、タービンノズル１７を支持する支持体１９を、内径側において、タービン外ケーシング１５に支持された圧縮機ディフユーザ１１に連結し、支持体１９と圧縮機ディフユーザ１１との間に空間部４０を形成したもので、それ以外の構成は図３に示す実施の形態と同じである。
【００３８】
上記構成とすることで、空気貫流路ＡＦを流通する漏洩空気ｆによる冷却や、支持体１９から圧縮機ディフユーザ１１への伝熱経路を内径側に迂回させることにより、熱伝導量の抑制を行うことができ、さらには、支持体１９から圧縮機ディフユーザ１１への輻射熱を空間部４０によって低減することができる。尚、空間部４０内に断熱材等を配置することで、輻射熱のさらなる削減効果を得ることができる。
【００３９】
また、前記支持体１９と圧縮機ディフユーザ１１との連結部に、例えばセラミックスや雲母等の低熱伝導材を介在させてもよい。
【００４０】
次に、本発明によるガスタービン発電設備の第４の実施の形態を図５に基づいて説明する。本実施の形態は、図４に示す実施の形態の一部を改良したもので、図４と同符号は同一物を示すので再度の詳細な説明は省略する。
【００４１】
本実施の形態において図４と異なる構成は、圧縮機ディフユーザ１１の内径側に、圧縮機ディフユーザ１１や支持体１９よりも低い熱伝導率を有する低熱伝導率強度部材４１を設け、これに支持体１９を連結するようにしたものである。
【００４２】
以上のように構成することで、第３の実施の形態と同じ効果を奏するほか、低熱伝導率強度部材４１のもつ熱抵抗は勿論のこと、支持体１９と低熱伝導率強度部材４１との連結面及び低熱伝導率強度部材４１と圧縮機ディフユーザ１１との連結面に接触熱抵抗が形成されるので、支持体１９から圧縮機ディフユーザ１１への伝導熱量をさらに抑制することができる。
【００４３】
図６は、本発明によるガスタービン発電設備の第５の実施の形態を示すもので、図５に示す構成を一部改良したものである。したがって、図５と同符号は同一物を示すので、再度の詳細な説明は省略する。
【００４４】
本実施の形態においては、タービンノズル１７の支持体１９への固定部１７Ｓの一部外径側を圧縮機１側に延在し、その延在部をタービン外ケーシング１５に連結させたのである。
【００４５】
上記構成とすることで、タービンノズル１７の熱は、支持体１９に伝達されると共に、一部は固定部１７Ｓ及びタービン外ケーシング１５を介して圧縮機１の空気吐出部１Ｂに伝達され、そこで圧縮空気ｂによって冷却される。したがって、支持体１９に伝達される熱量を低減し、圧縮機１側への伝熱を抑制することができる。
【００４６】
尚、固定部１７Ｓの肉厚寸法を大きくし、支持体１９の肉厚寸法を小さくする等、寸法を変化させることで、圧縮機１側への伝熱量を制御することができる。
【００４７】
図７は、本発明によるガスタービン発電設備の第６の実施の形態を示すもので、図４に示す実施の形態を一部改良したものである。
【００４８】
本実施の形態において図４の実施の形態と異なる構成は、タービン外ケーシング１５に支持させた圧縮機ディフユーザ１１とは別に支持体４２を支持させ、この支持体４２を内径側に延在させ、その延在端に前記支持体１９の内径側端部を連結した点と、支持体４２の内径側と圧縮機ディフユーザ１１との間に遮熱板４３を設け、圧縮機ディフユーザ１１と支持体１９との間に遮熱層４４を形成した点である。
【００４９】
本実施の形態によれば、タービンノズル１７から支持体１９を経由する圧縮機１側への熱伝導を抑制しながら、支持体１９に伝わった熱を支持体４２及びタービン外ケーシング１５を経由して圧縮機１の空気吐出部１Ｂへ熱を逃がすことができる。その結果、熱による圧縮機１の性能低下とタービンノズル１７からの熱損失を抑制することができる。
【００５０】
尚、全実施の形態に適用できる構成として、タービン内ケーシング１６とタービンノズル１７間の密封効果を維持するために、図７に示すように、ノズルサポート４４を設け、タービン内ケーシング１６端を押圧させることが望ましい。
【００５１】
以上説明したように本発明による各実施の形態によれば、簡単な構造によってタービン２から圧縮機１側へ伝達される熱を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明によるガスタービン発電設備の第１の実施の形態を示す一部縦断側面図。
【図２】図１のガスタービン発電設備のブロック図。
【図３】本発明によるガスタービン発電設備の第２の実施の形態を示す要部拡大断面図。
【図４】本発明によるガスタービン発電設備の第３の実施の形態を示す図３相当図。
【図５】本発明によるガスタービン発電設備の第４の実施の形態を示す図３相当図。
【図６】本発明によるガスタービン発電設備の第５の実施の形態を示す図３相当図。
【図７】本発明によるガスタービン発電設備の第６の実施の形態を示す図３相当図。
【符号の説明】
【００５３】
１…圧縮機、１Ａ…空気導入口、１Ｂ…空気吐出部、２…ガスタービン、３…発電機、４…再生熱交換器、５…燃焼器、６…整流器、７…インバータ、９…圧縮機翼、１０…圧縮機ケーシング、１１…圧縮機ディフユーザ、１４…タービン翼、１５…タービン外ケーシング、１６…タービン内ケーシング、１７…タービンノズル、１９…支持体、ＡＦ…空気貫流路。
【図１】
2005147079.tif 000003
【図２】
2005147079.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005147079.tif 000007
【図６】
2005147079.tif 000008
【図７】
2005147079.tif 000009